Номер 1123, страница 177 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1123. При нагревании ортофосфорной кислоты при определённых условиях можно получить соединение, в котором массовые доли фосфора и кислорода соответственно равны 34,81 и 62,93 %. Установите эмпирическую формулу этого вещества и составьте уравнение протекающей в этом случае реакции.

Дано:

$\omega(P) = 34,81\ \% = 0,3481$

$\omega(O) = 62,93\ \% = 0,6293$

Найти:

Эмпирическую формулу вещества ($H_xP_yO_z$) - ?

Уравнение реакции - ?

Решение:

1. Установление эмпирической формулы вещества.

Поскольку исходным веществом является ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$), можно предположить, что в состав полученного соединения, помимо фосфора и кислорода, входит и водород. Найдем его массовую долю:

$\omega(H) = 100\ \% - \omega(P) - \omega(O) = 100\ \% - 34,81\ \% - 62,93\ \% = 2,26\ \%$

Для установления эмпирической формулы $H_xP_yO_z$ найдем соотношение индексов $x:y:z$. Это соотношение равно соотношению количеств веществ (в молях) атомов каждого элемента. Примем массу вещества за 100 г. Тогда массы элементов будут равны:

$m(H) = 100\ г \cdot 0,0226 = 2,26\ г$

$m(P) = 100\ г \cdot 0,3481 = 34,81\ г$

$m(O) = 100\ г \cdot 0,6293 = 62,93\ г$

Используя молярные массы элементов ($M(H) \approx 1\ г/моль, M(P) \approx 31\ г/моль, M(O) \approx 16\ г/моль$), найдем количество вещества каждого элемента:

$n(H) = \frac{m(H)}{M(H)} = \frac{2,26\ г}{1\ г/моль} = 2,26\ моль$

$n(P) = \frac{m(P)}{M(P)} = \frac{34,81\ г}{31\ г/моль} \approx 1,123\ моль$

$n(O) = \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{62,93\ г}{16\ г/моль} \approx 3,933\ моль$

Найдем соотношение индексов, разделив количество вещества каждого элемента на наименьшее из них (в данном случае, на $n(P)$):

$x:y:z = n(H) : n(P) : n(O) = 2,26 : 1,123 : 3,933$

$x = \frac{2,26}{1,123} \approx 2$

$y = \frac{1,123}{1,123} = 1$

$z = \frac{3,933}{1,123} \approx 3,5$

Получаем соотношение $2 : 1 : 3,5$. Чтобы получить целочисленные индексы, умножим все значения на 2:

$x = 2 \cdot 2 = 4$

$y = 1 \cdot 2 = 2$

$z = 3,5 \cdot 2 = 7$

Таким образом, эмпирическая формула вещества — $H_4P_2O_7$. Это пирофосфорная (или дифосфорная) кислота.

Ответ: Эмпирическая формула вещества — $H_4P_2O_7$.

2. Составление уравнения реакции.

Пирофосфорная кислота образуется при нагревании ортофосфорной кислоты, в результате реакции межмолекулярной дегидратации (отщепления молекулы воды от двух молекул кислоты). Составим уравнение этой реакции: $2H_3PO_4 \xrightarrow{200-300 \ ^\circ C} H_4P_2O_7 + H_2O$

Ответ: $2H_3PO_4 \xrightarrow{t} H_4P_2O_7 + H_2O$.